论文部分内容阅读
【摘要】科技的进步必然促进教育的发展，近年来，信息技术的飞速发展给教育教学领域带来了翻天覆地的变化，传感器、数据采集器、计算机等信息技术设备都是物理学发展和进步的成果，将其应用到物理实验教学中也是与时俱进的举措，它的推广和使用不仅是教学手段的创新，更是教学理念的革命。
【关键词】数字化实验室 学科整合 传统实验
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）08-0177-02
科技的进步必然促进教育的发展，近年来，信息技术的飞速发展，给教育教学领域带来翻天覆地的变化，新型的教学设备提供了全新的教学手段，开拓了全新的视野，其中信息技术与学科教学的整合已经成为世界教育领域发展的潮流，据统计，美国、加拿大等国60%的中小学生在课堂上使用各种数字化实验教学系统[1]，我们国家的许多科研院所在也积极创新，开发出了具有中国特色的数字化实验教学系统。近几年，我校为积极响应国家对学校数字化实验室系统配置的号召，为物理实验室配备了15套数字化实验系统，下面就谈一下我个人在使用过程中的心得体会。
刚接触数字化实验室我感到很陌生，但随着使用地深入，我慢慢认识到这套新型教学设备的方便快捷。它主要是由各类传感器（如图一力传感器、图二声传感器、图三电流传感器等）、数据采集器（图四）和计算机组成多功能的测量系统，可以快速、高精度的采集我们要测量的物理量，比如说力传感器，用数据线将它和数据采集器、计算机组合起来，可以快速的测量出力的大小，并通过计算机显示出来，代替了以往用弹簧测力计测力、人工读数、记录的过程。计算机在采集完实验数据后自动保存，然后我们可以利用计算机来分析处理实验数据，快捷、方便。
一、数字化实验室实现了信息技术与学科教学的整合
21世纪是以知识经济的创新和应用为重要特征的知识经济时代[3]，基础科学和高新技术迅猛发展，国际竞争日趋激烈，国力的强弱越来越取决于劳动者素质的优劣。学生未来的工作环境必然离不开以计算机为核心的信息化环境，所以当前教育必须想方设法整合信息技术和基础学科教学。我们使用了几十年的传统实验设备、实验方法、实验手段已经跟不上信息时代发展的需求了，教育部多次指出，教育改革必须基于现代信息技术发展的需要，《二十一世纪物理学科改革行动綱领》也突出了“现代教育技术对物理教育的支撑作用[2]”，但由于缺乏有效的手段，信息技术与学科的整合只能是纸上谈兵，而数字化实验室的出现从根本上解决了这个问题。
二、数字化实验室有利于提高课堂效率
传统的实验测量方法：例如用弹簧测力计测力，用秒表测时间，用电流表测电流等读数慢并且误差大，读完以后还要手工处理数据，效率比较低，一节课实验就占据了大部分的时间。而数字化实验室充分发挥了传感器和计算机的优势，利用传感器对实验数据实行了自动化的采集、记录、分析，不仅快速、准确，而且极大地节省了实验环节的时间，提高了课堂效率。
例如初三下册探究《重力的大小跟什么因素有关》的实验中，传统的实验需要进行三大步：第一步用弹簧测力计测量物体的重力（图五），第二步在表格中记录实验数据（图六），第三步根据实验数据画图像（图七），很简单的一个实验学生却要花上二十分钟的时间。而数字化实验室利用力传感器（图八），自动将物体的重力记录在计算机上，采集完数据后，点击“数据分析”，计算机自动根据实验数据生成图像，前后不过五分钟，充分体现了现代教育“高效、愉悦”的方针。
三、数字化实验室有利于解决教学难题
在物理实验中，由于实验测量仪器的限制，导致有的物理量无法直接测量或读数不方便，直接影响实验效果，而数字化实验室却轻松解决了这个难题。
初三上册P39演示实验《观察声音的波形》，由于实验室没有示波器，学生只能通过课本作简单了解，无法认识本质。而数字化实验室可以很轻松的做出这个实验（图九），不但可以做出音叉的波形图，还可以做出男生、女生声音的的波形以及噪声的波形图，为第四节《噪声的危害和控制》比较噪声和乐音的波形图打下良好基础。
初三下册P15探究实验《摩擦力的大小与什么因素有关？》，实验操作的要点是要用弹簧测力计匀速拉动木块，并且要在运动过程中读数（图十），这对学生来说是一个高难度的挑战，而数字化试验系统又帮我们打开了另一扇窗，学生不用读数，由力传感器和计算机自动采集、记录，学生只要控制木块匀速运动即可（图十一），这样就很好地解决了读数不方便这个问题。
总之，数字化实验室能够实时记录实验的每一个过程，并且能把转瞬即逝的实验数据高效、直观地记录下来，以前很多我们不能做或做不好的实验都可以解决了。
四、数字化实验室可考查学生实验操作能力
《物理课程标准》对学生学习评价有这样的建议[3]：“重视学生在活动、实验、制作、讨论等方面表现的评价，不赞成以书面考试为唯一的评价方式。”实验题一直是物理的必考题型，但我们只能通过笔试来考查学生的实验能力，而忽略了学生亲自动手操作的环节，那考查的效果会大打折扣，可是实验操作考试必然导致教师的工作量增加。另外，由于需要大量的监考老师，不同老师对考试标准的理解也千差万别，把握的尺度各有差异[1]，由此给出的考试成绩自然信度与公平性极差。可是数字化实验室就可以对学生的每一步实验操作过程准确记录、监控，同时配合相应的实验操作测评系统，对每一位学生的操作进行评分、诊断，使物理实验考试更标准化，具备可操作性。
五、数字化实验室与传统实验的区别、联系
刚接触数字化实验室，便对其采集数据之快、之准及处理数据之方便感到惊叹，但同时也产生了一定的困惑：是否有了数字化实验室，就可以完全抛开传统实验的测量系统？传统实验和数字化实验室哪个对教学、对学生的发展更有利？带着这个困惑，本人在教学实践中积极进行探究，发现二者各有利弊，缺一不可，相互补充。下面我先将数字化实验室与传统实验进行一下比较：
既然数字化实验室与传统实验各有优缺点，那么我们在平时的教学活动中应该怎样使用并使二者兼容并蓄呢？我觉得我们应该从实验能力培养的目标出发。对于注重测量仪器的使用或侧重于实验数据的记录、分析，那么我们还应采用传统的实验器材，相反对于不注重探究过程而只注重探究结果的，像一些演示实验，我们可以采用数字化实验系统；还有一些实验用传统实验器材做不出来或做出来误差太大的，我们也可以采用该系统。总之，我们要根据实验的具体要求灵活选用，并将其有机结合起来，真正取长补短，发挥二者的长处。
数字化实验室的使用，不仅是教学手段的创新，更是教育思想观念的进步。工具的发展是脑的扩展、手的延伸，是人类文明进步的阶梯。有了船，人类领略到了大海的浩瀚；有了宇宙飞船，人类体验到了太空的深邃；有了先进的实验手段，学生必定能收获我们意想不到的成功。
参考文献：
[1]《中学物理数字化实验手册》 北京师范大学产业总公司教育技术研究所
[2]《二十一世纪物理学科改革行动纲领》
[3]《物理课程标准教师读本》（修订本）
【关键词】数字化实验室 学科整合 传统实验
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）08-0177-02
科技的进步必然促进教育的发展，近年来，信息技术的飞速发展，给教育教学领域带来翻天覆地的变化，新型的教学设备提供了全新的教学手段，开拓了全新的视野，其中信息技术与学科教学的整合已经成为世界教育领域发展的潮流，据统计，美国、加拿大等国60%的中小学生在课堂上使用各种数字化实验教学系统[1]，我们国家的许多科研院所在也积极创新，开发出了具有中国特色的数字化实验教学系统。近几年，我校为积极响应国家对学校数字化实验室系统配置的号召，为物理实验室配备了15套数字化实验系统，下面就谈一下我个人在使用过程中的心得体会。
刚接触数字化实验室我感到很陌生，但随着使用地深入，我慢慢认识到这套新型教学设备的方便快捷。它主要是由各类传感器（如图一力传感器、图二声传感器、图三电流传感器等）、数据采集器（图四）和计算机组成多功能的测量系统，可以快速、高精度的采集我们要测量的物理量，比如说力传感器，用数据线将它和数据采集器、计算机组合起来，可以快速的测量出力的大小，并通过计算机显示出来，代替了以往用弹簧测力计测力、人工读数、记录的过程。计算机在采集完实验数据后自动保存，然后我们可以利用计算机来分析处理实验数据，快捷、方便。
一、数字化实验室实现了信息技术与学科教学的整合
21世纪是以知识经济的创新和应用为重要特征的知识经济时代[3]，基础科学和高新技术迅猛发展，国际竞争日趋激烈，国力的强弱越来越取决于劳动者素质的优劣。学生未来的工作环境必然离不开以计算机为核心的信息化环境，所以当前教育必须想方设法整合信息技术和基础学科教学。我们使用了几十年的传统实验设备、实验方法、实验手段已经跟不上信息时代发展的需求了，教育部多次指出，教育改革必须基于现代信息技术发展的需要，《二十一世纪物理学科改革行动綱领》也突出了“现代教育技术对物理教育的支撑作用[2]”，但由于缺乏有效的手段，信息技术与学科的整合只能是纸上谈兵，而数字化实验室的出现从根本上解决了这个问题。
二、数字化实验室有利于提高课堂效率
传统的实验测量方法：例如用弹簧测力计测力，用秒表测时间，用电流表测电流等读数慢并且误差大，读完以后还要手工处理数据，效率比较低，一节课实验就占据了大部分的时间。而数字化实验室充分发挥了传感器和计算机的优势，利用传感器对实验数据实行了自动化的采集、记录、分析，不仅快速、准确，而且极大地节省了实验环节的时间，提高了课堂效率。
例如初三下册探究《重力的大小跟什么因素有关》的实验中，传统的实验需要进行三大步：第一步用弹簧测力计测量物体的重力（图五），第二步在表格中记录实验数据（图六），第三步根据实验数据画图像（图七），很简单的一个实验学生却要花上二十分钟的时间。而数字化实验室利用力传感器（图八），自动将物体的重力记录在计算机上，采集完数据后，点击“数据分析”，计算机自动根据实验数据生成图像，前后不过五分钟，充分体现了现代教育“高效、愉悦”的方针。
三、数字化实验室有利于解决教学难题
在物理实验中，由于实验测量仪器的限制，导致有的物理量无法直接测量或读数不方便，直接影响实验效果，而数字化实验室却轻松解决了这个难题。
初三上册P39演示实验《观察声音的波形》，由于实验室没有示波器，学生只能通过课本作简单了解，无法认识本质。而数字化实验室可以很轻松的做出这个实验（图九），不但可以做出音叉的波形图，还可以做出男生、女生声音的的波形以及噪声的波形图，为第四节《噪声的危害和控制》比较噪声和乐音的波形图打下良好基础。
初三下册P15探究实验《摩擦力的大小与什么因素有关？》，实验操作的要点是要用弹簧测力计匀速拉动木块，并且要在运动过程中读数（图十），这对学生来说是一个高难度的挑战，而数字化试验系统又帮我们打开了另一扇窗，学生不用读数，由力传感器和计算机自动采集、记录，学生只要控制木块匀速运动即可（图十一），这样就很好地解决了读数不方便这个问题。
总之，数字化实验室能够实时记录实验的每一个过程，并且能把转瞬即逝的实验数据高效、直观地记录下来，以前很多我们不能做或做不好的实验都可以解决了。
四、数字化实验室可考查学生实验操作能力
《物理课程标准》对学生学习评价有这样的建议[3]：“重视学生在活动、实验、制作、讨论等方面表现的评价，不赞成以书面考试为唯一的评价方式。”实验题一直是物理的必考题型，但我们只能通过笔试来考查学生的实验能力，而忽略了学生亲自动手操作的环节，那考查的效果会大打折扣，可是实验操作考试必然导致教师的工作量增加。另外，由于需要大量的监考老师，不同老师对考试标准的理解也千差万别，把握的尺度各有差异[1]，由此给出的考试成绩自然信度与公平性极差。可是数字化实验室就可以对学生的每一步实验操作过程准确记录、监控，同时配合相应的实验操作测评系统，对每一位学生的操作进行评分、诊断，使物理实验考试更标准化，具备可操作性。
五、数字化实验室与传统实验的区别、联系
刚接触数字化实验室，便对其采集数据之快、之准及处理数据之方便感到惊叹，但同时也产生了一定的困惑：是否有了数字化实验室，就可以完全抛开传统实验的测量系统？传统实验和数字化实验室哪个对教学、对学生的发展更有利？带着这个困惑，本人在教学实践中积极进行探究，发现二者各有利弊，缺一不可，相互补充。下面我先将数字化实验室与传统实验进行一下比较：
既然数字化实验室与传统实验各有优缺点，那么我们在平时的教学活动中应该怎样使用并使二者兼容并蓄呢？我觉得我们应该从实验能力培养的目标出发。对于注重测量仪器的使用或侧重于实验数据的记录、分析，那么我们还应采用传统的实验器材，相反对于不注重探究过程而只注重探究结果的，像一些演示实验，我们可以采用数字化实验系统；还有一些实验用传统实验器材做不出来或做出来误差太大的，我们也可以采用该系统。总之，我们要根据实验的具体要求灵活选用，并将其有机结合起来，真正取长补短，发挥二者的长处。
数字化实验室的使用，不仅是教学手段的创新，更是教育思想观念的进步。工具的发展是脑的扩展、手的延伸，是人类文明进步的阶梯。有了船，人类领略到了大海的浩瀚；有了宇宙飞船，人类体验到了太空的深邃；有了先进的实验手段，学生必定能收获我们意想不到的成功。
参考文献：
[1]《中学物理数字化实验手册》 北京师范大学产业总公司教育技术研究所
[2]《二十一世纪物理学科改革行动纲领》
[3]《物理课程标准教师读本》（修订本）